Hydrogen H é um elemento químico, um dos mais comuns em nosso Universo. A massa de hidrogênio como elemento na composição de substâncias é 75% do conteúdo total de átomos de outro tipo. Está incluído na conexão mais importante e vital do planeta - a água. Uma característica distintiva do hidrogênio também é que ele é o primeiro elemento no sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev.
Descoberta e exploração
As primeiras referências ao hidrogênio nos escritos de Paracelso datam do século XVI. Mas seu isolamento da mistura gasosa do ar e o estudo das propriedades combustíveis já eram feitos no século XVII pelo cientista Lemery. O hidrogênio foi exaustivamente estudado pelo químico, físico e naturalista inglês Henry Cavendish, que provou experimentalmente que a massa do hidrogênio é a menor em comparação com outros gases. Nos estágios subsequentes do desenvolvimento da ciência, muitos cientistas trabalharam com ele, em particular Lavoisier, que o chamou de "dar à luz a água".
Característica de acordo com a posição no PSHE
Elemento que abretabela periódica de D. I. Mendeleev, é hidrogênio. As propriedades físicas e químicas do átomo apresentam certa dualidade, pois o hidrogênio é simultaneamente atribuído ao primeiro grupo, o subgrupo principal, se se comporta como um metal e cede um único elétron no processo de uma reação química, e ao sétimo - no caso de preenchimento completo da camada de valência, ou seja, recepção de partícula negativa, o que a caracteriza como semelhante aos halogênios.
Características da estrutura eletrônica do elemento
As propriedades do átomo de hidrogênio, as substâncias complexas das quais ele faz parte e a substância mais simples H2 são determinadas principalmente pela configuração eletrônica do hidrogênio. A partícula possui um elétron com Z=(-1), que gira em sua órbita ao redor do núcleo, contendo um próton com massa unitária e carga positiva (+1). Sua configuração eletrônica é escrita como 1s1, o que significa a presença de uma partícula negativa no primeiro e único orbital s do hidrogênio.
Quando um elétron é destacado ou cedido, e um átomo desse elemento tem uma propriedade tal que está relacionado a metais, um cátion é obtido. De fato, o íon hidrogênio é uma partícula elementar positiva. Portanto, um hidrogênio desprovido de um elétron é simplesmente chamado de próton.
Propriedades físicas
Se descrevermos brevemente as propriedades físicas do hidrogênio, então é um gás incolor, ligeiramente solúvel, com uma massa atômica relativa igual a 2, 14,5 vezes mais leve que o ar, com uma temperaturaliquefação de -252,8 graus Celsius.
Você pode ver facilmente por experiência que H2 é o mais fácil. Para fazer isso, basta preencher três bolas com várias substâncias - hidrogênio, dióxido de carbono, ar comum - e soltá-las simultaneamente de sua mão. O cheio de CO2 chegará ao solo mais rápido do que qualquer outro, depois dele a mistura de ar inflada descerá, e o que contém H2 vai subir até o teto.
A pequena massa e tamanho das partículas de hidrogênio justificam sua capacidade de penetrar em várias substâncias. No exemplo da mesma bola, isso é fácil de verificar, em alguns dias ela se esvaziará, pois o gás simplesmente passará pela borracha. Além disso, o hidrogênio pode se acumular na estrutura de alguns metais (paládio ou platina) e evaporar quando a temperatura aumenta.
A propriedade de baixa solubilidade do hidrogênio é usada na prática laboratorial para seu isolamento pelo método de deslocamento de água. As propriedades físicas do hidrogênio (a tabela abaixo contém os principais parâmetros) determinam o escopo de sua aplicação e métodos de produção.
| Parâmetro de um átomo ou molécula de uma substância simples | Significado |
| massa atômica (massa molar) | 1,008 g/mol |
| Configuração eletrônica | 1s1 |
| Rede de cristal | Hexagonal |
| Condutividade térmica | (300 K) 0,1815 W/(m K) |
| Densidade em n. y. | 0, 08987 g/l |
| Ponto de ebulição | -252, 76 °C |
| Valor calórico específico | 120, 9 106 J/kg |
| Ponto de fusão | -259, 2 °C |
| Solúvel em água | 18, 8ml/L |
Composição isotópica
Como muitos outros representantes do sistema periódico de elementos químicos, o hidrogênio possui vários isótopos naturais, ou seja, átomos com o mesmo número de prótons no núcleo, mas um número diferente de nêutrons - partículas com carga zero e unidade massa. Exemplos de átomos que possuem essa propriedade são oxigênio, carbono, cloro, bromo e outros, inclusive radioativos.
Propriedades físicas do hidrogênio 1H, o mais comum dos representantes deste grupo, difere significativamente das mesmas características de seus homólogos. Em particular, as características das substâncias em que estão incluídas diferem. Assim, existe a água comum e deuterada, contendo em sua composição ao invés de um átomo de hidrogênio com um único próton, deutério 2H - seu isótopo com duas partículas elementares: positiva e não carregada. Esse isótopo é duas vezes mais pesado que o hidrogênio comum, o que explica a diferença fundamental nas propriedades dos compostos que eles compõem. Na natureza, o deutério é 3200 vezes mais raro que o hidrogênio. O terceiro representante é o trítio 3Н, no núcleo tem dois nêutrons e um próton.
Métodos de obtenção e seleção
Os métodos laboratoriais e industriais de produção de hidrogênio são muito diferentes. Sim, em pequenas quantidadeso gás é produzido principalmente por meio de reações envolvendo minerais, enquanto a produção em larga escala usa síntese orgânica em maior medida.
As seguintes interações químicas são usadas no laboratório:
- A reação de metais alcalinos e alcalino-terrosos com água para formar álcali e o gás desejado.
- Eletrólise de uma solução eletrolítica aquosa, H2↑ é liberado no ânodo e oxigênio é liberado no cátodo.
- Decomposição de hidretos de metais alcalinos com água, os produtos são alcalinos e, portanto, gás H2↑.
- Reação de ácidos diluídos com metais para formar sais e H2↑.
- A ação dos álcalis no silício, alumínio e zinco também promove a liberação de hidrogênio paralelamente à formação de sais complexos.
Em interesses industriais, o gás é obtido por métodos como:
- Decomposição térmica do metano na presença de um catalisador em suas substâncias simples constituintes (350 graus atinge o valor de um indicador como temperatura) - hidrogênio H2↑ e carbono C.
- Passando água vaporosa através de coque a 1000 graus Celsius para formar dióxido de carbono CO2 e H2↑ (o método mais comum).
- Conversão de metano gasoso em um catalisador de níquel em temperaturas que chegam a 800 graus.
- O hidrogênio é um subproduto da eletrólise de soluções aquosas de cloretos de potássio ou sódio.
Químicainterações: generalidades
As propriedades físicas do hidrogênio explicam amplamente seu comportamento em processos de reação com um ou outro composto. A valência do hidrogênio é 1, pois está localizado no primeiro grupo da tabela periódica, e o grau de oxidação mostra um diferente. Em todos os compostos, exceto para hidretos, hidrogênio em s.o.=(1+), em moléculas como ХН, ХН2, ХН3 – (1 -).
Uma molécula de gás hidrogênio, formada pela criação de um par de elétrons generalizado, consiste em dois átomos e é bastante estável energeticamente, razão pela qual em condições normais é um pouco inerte e entra em reações quando as condições normais mudam. Dependendo do grau de oxidação do hidrogênio na composição de outras substâncias, ele pode atuar tanto como agente oxidante quanto como agente redutor.
Substâncias com as quais reage e forma hidrogênio
Interações elementares para formar substâncias complexas (geralmente em temperaturas elevadas):
- Metal alcalino e alcalino-terroso + hidrogênio=hidreto.
- Halogênio + H2=haleto de hidrogênio.
- Enxofre + hidrogênio=sulfeto de hidrogênio.
- Oxigênio + H2=água.
- Carbono + hidrogênio=metano.
- Nitrogênio + H2=amônia.
Interação com substâncias complexas:
- Produzindo gás de síntese a partir de monóxido de carbono e hidrogênio.
- Recuperação de metais de seus óxidos usando H2.
- Saturação de hidrogênio de alifático insaturadohidrocarbonetos.
Ligação de hidrogênio
As propriedades físicas do hidrogênio são tais que permitem que ele, estando em combinação com um elemento eletronegativo, forme um tipo especial de ligação com o mesmo átomo de moléculas vizinhas que possuem pares de elétrons não compartilhados (por exemplo, oxigênio, nitrogênio e flúor). O exemplo mais claro em que é melhor considerar tal fenômeno é a água. Pode-se dizer que é costurado com ligações de hidrogênio, que são mais fracas que as covalentes ou iônicas, mas devido ao fato de serem muitas, elas têm um efeito significativo nas propriedades da substância. Essencialmente, a ligação de hidrogênio é uma interação eletrostática que liga as moléculas de água em dímeros e polímeros, dando origem ao seu alto ponto de ebulição.
Hidrogênio em compostos minerais
A composição de todos os ácidos inorgânicos inclui um próton - um cátion de um átomo como o hidrogênio. Uma substância cujo resíduo ácido tem um estado de oxidação maior que (-1) é chamado de composto polibásico. Ele contém vários átomos de hidrogênio, o que torna a dissociação em soluções aquosas de vários estágios. Cada próton subsequente se separa do resto do ácido cada vez mais difícil. Pelo teor quantitativo de hidrogênios no meio, sua acidez é determinada.
Hydrogen também contém grupos hidroxila de bases. Neles, o hidrogênio está ligado a um átomo de oxigênio, como resultado, o estado de oxidação desse resíduo alcalino é sempre igual a (-1). O conteúdo de hidroxilas no meio determina sua basicidade.
Aplicação em atividades humanas
Os cilindros com uma substância, assim como os recipientes com outros gases liquefeitos, como o oxigênio, têm uma aparência específica. Eles são pintados de verde escuro com uma inscrição "Hydrogen" vermelha brilhante. O gás é bombeado para um cilindro sob uma pressão de cerca de 150 atmosferas. As propriedades físicas do hidrogênio, em particular a leveza do estado gasoso de agregação, são usadas para preenchê-lo em uma mistura com balões de hélio, balões, etc.
Hydrogen, as propriedades físicas e químicas das quais as pessoas aprenderam a usar muitos anos atrás, é atualmente usado em muitas indústrias. A maior parte vai para a produção de amônia. O hidrogênio também está envolvido na produção de metais (háfnio, germânio, gálio, silício, molibdênio, tungstênio, zircônio e outros) a partir de óxidos, atuando na reação como agente redutor, ácidos cianídrico e clorídrico, álcool metílico e líquido artificial combustível. A indústria alimentícia o utiliza para transformar óleos vegetais em gorduras sólidas.
Determinadas as propriedades químicas e utilização do hidrogênio em diversos processos de hidrogenação e hidrogenação de gorduras, carvões, hidrocarbonetos, óleos e óleo combustível. Com a ajuda dele, pedras preciosas, lâmpadas incandescentes são produzidas, produtos metálicos são forjados e soldados sob a influência de uma chama de oxigênio-hidrogênio.
